Статические характеристики промышленных термопреобразователей

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 13Следующая ⇒

Номинальная статическая характеристика преобразования медных термопреобразователей
Температура рабочего конца, ⁰ С	Сопротивление, Ом, для температуры, ⁰ С
	(±)1	(±)2	(±)3	(±)4
Преобразователь типа ТСМ 10 М
-50	7, 848	-	-	-	-
-40	8, 281	8, 238	8, 195	8, 151	8, 108
-30	8, 712	8, 669	8, 626	8, 583	8, 540
-20	9, 142	9, 099	9, 056	9, 130	8, 970
-10	9, 572	9, 529	9, 486	9, 443	9, 4
-0	10, 0	9, 957	9, 914	9, 872	9, 829
	10, 0	10, 0043	10, 0085	10, 128	10, 17
	10, 428	10, 471	10, 514	10, 557	10, 599

Продолжение таблицы 4

Номинальная статическая характеристика преобразования медных термопреобразователей
Температура рабочего конца, ⁰ С	Сопротивление, Ом, для температуры, ⁰ С
	(±)1	(±)2	(±)3	(±)4
	10, 856	10, 899	10, 942	10, 985	11, 028
	11, 384	11, 327	11, 370	11, 413	11, 456
	11, 712	11, 755	11, 798	11, 841	11, 884
	12, 140	12, 183	12, 226	12, 269	12, 312
	12, 568	12, 611	12, 654	12, 697	12, 740
	12, 996	13, 039	13, 083	13, 125	13, 168
	13, 424	13, 467	13, 510	13, 553	13, 595
	13, 852	13, 895	13, 938	13, 981	14, 023
	17, 275	17, 318	17, 360	17, 403	17, 446
	17, 703	17, 745	17, 788	17, 831	17, 874
	18, 130	18, 173	18, 216	18, 259	18, 302
	18, 558	-	-	-	-
	(±)5	(±)6	(±)7	(±)8	(±)9
-50	-	-	-	-	-
-40	8, 065	8, 022	7, 978	7, 935	7, 892
-30	8, 497	8, 454	8, 410	8, 367	8, 324
-20	8, 927	8, 884	8, 841	8, 798	8, 755
-10	9, 357	9, 314	9, 271	9, 228	9, 185
-0	9, 786	9, 743	9, 7	9, 658	9, 615
	10, 213	10, 256	10, 298	10, 341	10, 383
	10, 642	10, 685	10, 728	10, 771	10, 814
	11, 070	11, 113	11, 156	11, 199	11, 242
	11, 498	11, 541	11, 584	11, 627	11, 670
	11, 926	11, 969	12, 012	12, 055	12, 098
	12, 354	12, 397	12, 440	12, 483	12, 526
	12, 782	13, 825	12, 868	12, 911	12, 954
	13, 210	13, 253	13, 296	13, 339	13, 381
	13, 638	13, 681	13, 724	13, 767	13, 809
	14, 066	14, 109	14, 152	14, 195	14, 237
	14, 922	14, 965	15, 007	15, 050	15, 093
	14, 922	14, 965	15, 007	15, 050	15, 098
	15, 350	15, 392	15, 435	15, 478	15, 521
	15, 777	15, 820	15, 863	15, 906	15, 949
	16, 205	16, 248	16, 291	16, 334	16, 376
	16, 633	16, 676	16, 719	16, 762	16, 804
	17, 061	17, 104	17, 146	17, 189	17, 232
	17, 489	17, 532	17, 574	17, 617	17, 660
	17, 917	17, 959	18, 002	18, 045	18, 088

Окончание табл. 4

Номинальная статическая характеристика преобразования медных термопреобразователей
Температура рабочего конца, ⁰ С	Сопротивление, Ом, для температуры, ⁰ С
	(±)1	(±)2	(±)3	(±)4
	18, 344	18, 387	18, 430	18, 473	18, 516
	-	-	-	-	-
Номинальные статические характеристики преобразования платиновых термопреобразователей
Термопреобразователь ТСП 50П	Термопреобразователь ТСП 100П
Темпера-тура рабочего конца, ⁰ С	Сопро- тивление, ⁰С	Темпера-тура рабочего конца, ⁰ С	Сопро- тивление, ⁰С	Темпера-тура рабочего конца, ⁰ С	Сопро- тивле-ние, ⁰С	Темпера-тура рабочего конца, ⁰ С	Сопро- тивле-ние, ⁰С
			150, 255				300, 51
	59, 855		158, 48		119, 71		333, 10
	69, 745		166, 65		139, 1		348, 93
	79, 11		174, 465		158, 22		364, 47
	88, 515		182, 235		177, 03		379, 72
	97, 775		189, 86		195, 55		394, 67
	106, 89		197, 335		213, 78		409, 33
	115, 855		204, 665		231, 71		423, 70
	124, 68		211, 85		249, 36		437, 78
	133, 355		218, 89		267, 71	-	-
	141, 88	-	-		283, 76	-	-

Динамическая характеристика терморезистора определяется тепловой инерцией при его резком нагревании или охлаждении. Реакция терморезистора на единичный импульс температуры может быть выражена экспонентой вида

t = t_уст(1 – е^-^t^/^T),

где Т = [C_p · G] / [k · S] - постоянная времени терморезистора, определяемая его параметрами и условиями теплоотдачи, с;

С_р – удельная теплоемкость терморезистора, Дж/(кг·К);

G – масса терморезистора, кг;

k – коэффициент теплообмена (теплоотдачи), Вт/(м²·К);

S – площадь поверхности терморезистора.

Отметим, что кроме измерения температуры терморезисторы применяются, для измерения состава газовых смесей, степени разряжения, а также для измерения скорости газового потока (следовательно, и его расхода). Это так называемые терморезисторы с нагревом или большой плотностью тока.

Электромагнитные датчики

По принципу действия электромагнитные датчики подразделяют:

1) на индуктивные;

2) взаимоиндуктивные;

3) магнитоупругие.

Электромагнитные датчики используются для измерения величин перемещений (линейных и угловых), усилий, давлений, скоростей и др. Электромагнитные датчики, в которых измеряемая физическая величина, например, перемещение, преобразуется в изменение индуктивности L электрической цепи, называются индуктивными (рис. 5, а).

В технике используются также датчики, в которых измеряемая физическая величина преобразуется в изменение взаимной индуктивности М. Такие датчики называют взаимно-индуктивными, или трансформаторными (рис. 5, б).

Рис. 5. Примеры электромагнитных датчиков:

а - индуктивный с переменным воздушным зазором δ;

б - взаимноиндуктивный;

в - магнитоупругий

Для перемещения подвижного якоря индуктивных и взаимоиндуктивных датчиков необходимо прилагать определенные усилия для преодоления электромагнитных сил притяжения (нежелательных), действующих на якорь со стороны неподвижного сердечника (электромагнита).

Конструкция таких датчиков определяется диапазоном измеряемого перемещения. Габаритные размеры датчиков выбирают исходя из необходимой мощности выходного сигнала.

Для измерения выходного сигнала датчиков наибольшее применение получили мостовые (равновесные и неравновесные) схемы, а также компенсационная (в автоматических приборах) схема для дифференциально-трансформаторных датчиков.

Взаимноиндуктивные датчики позволяют за счет изменения соотношения количества витков обмоток w₁ и w₂ получать на выходе необходимый диапазон изменения выходного сигнала.

Индуктивный датчик (рис. 5, а) с переменным воздушным зазором имеет обмотку w, намотанную на неподвижный сердечник из электротехнической стали. Магнитный поток Ф в сердечнике замыкается через якорь, который перемещается относительно неподвижного сердечника, изменяя тем самым воздушный зазор δ на пути магнитного потока. Якорь механически связан с деталью (элементом), перемещение Х которой требуется измерить.

Индуктивность обмотки, расположенной на магнитопроводе:

L = ,

где w – число витков обмотки;

R_m – полное магнитное сопротивление магнитопровода (R_m = R_ст + R_в);

R_ст – магнитное сопротивление стали;

R_в – магнитное сопротивление воздушного зазора.

Учитывая, что при некоторых условиях R_ст < < R_в, можно записать:

L ≈ .

Учитывая, что R_в = , можно записать:

L = ,

где δ – длина воздушного зазора;

S – площадь поперечного сечения воздушного зазора;

μ ₀ – магнитная постоянная.

Индуктивный датчик с переменной длиной воздушного зазора δ характеризуется, таким образом, нелинейной зависимостью L = f(δ ) (рис. 6, а). Такие датчики обычно применяют при перемещениях якоря на 0, 01-5 мм.

Ток в цепи катушки индуктивного датчика определяется выражением:

I ≈ ,

где u, ω – напряжение и частота питания датчика.

Видно, что ток в цепи на выходе датчика прямо пропорционален длине воздушного зазора, а следовательно, измеряемой неэлектрической величине – перемещению Х (рис. 6, б).

Рис. 6. Характеристики индуктивных датчиков

На рис. 5, б приведена схема датчика, содержащая две катушки w₁ w₂. Одна из них w₁ питается от источника переменного тока u, на выходе другой при перемещении якоря будет возникать ЭДС е_вых. Взаимная индуктивность определяется:

М = w₁w₂/R_м.

При определенных условиях можно записать:

е_вых =,

т. е. выходной сигнал е_вых обратно пропорционален величине воздушного зазора δ .

И, наконец, датчики, состоящие из замкнутого ферромагнитного сердечника (рис. 5, в) и обмотки, называют магнитоупругими. Принцип действия таких датчиков основан на том, что под воздействием усилия Q, в сердечнике возникает механическое напряжение σ, вследствие чего изменяется магнитная проницаемость μ _с сердечника и, как следствие, изменяется магнитное сопротивление сердечника: R_ст = l_c / μ _cS_c, где l_c и S_c – длина и площадь поперечного сечения сердечника.

Изменение магнитного сопротивления R_ст приведет к изменению индуктивности L и полного сопротивления Z катушки, расположенной на сердечнике. Это явление называют магнитоупругим эффектом, а датчики, принцип действия которых основан на этом эффекте, называют, как отметили выше, магнитоупругими.

Значительно меньшей чувствительностью, но линейной зависимостью L = f(δ ), отличаются датчики с переменным сечением воздушного зазора (рис. 7). Эти датчики используют при измерении перемещений до 10 - 15 мм.

Рис. 7. Примеры индуктивных датчиков:

а – с переменной площадью воздушного зазора S_в; б –дифференциальный

Широко распространены индуктивные дифференциальные датчики (рис. 7, б), в которых под воздействием измеряемой величины (перемещения) одновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора электромагнитов. Дифференциальные датчики в сочетании с соответствующей измерительной схемой (как правило, мостовой) имеют более высокую чувствительность, меньшую нелинейность характеристик, испытывают меньшее влияние внешних факторов и сниженное результирующее усилие на якорь со стороны электромагнита, чем недифференциальные датчики.

На рис. 8 показана схема включения дифференциального индуктивного датчика, у которого выходными величинами являются взаимные индуктивности. Такие датчики (преобразователи) называют, как мы уже отметили, взаимно-индуктивными или трансформаторными.

Рис. 8. Примеры индуктивных датчиков:

а - дифференциально-трансформаторный; б - дифференциально-трансформаторный с разомкнутой магнитной цепью; в - конструкция дифтрансформаторного датчика;

г - статическая характеристика дифтрансформаторного датчика

При перемещении якоря от среднего (симметричного) положения на выходе появляется ЭДС.

Для измерения сравнительно больших перемещений (до 50 - 100 мм) применяют дифференциально-трансформаторные датчики с незамкнутой магнитной цепью (рис. 8, б). Конструкция индуктивного дифференциально-трансформаторного датчика и его статическая характеристика показаны на рис. 8 в, г. Этот тип датчиков представляет собой трансформатор с одной первичной w₁ и двумя, соединенными встречно, вторичными обмотками w₂ и w ₂́ (рис. 8, в).

Если сердечник расположен симметрично относительно обмоток, то индуктируемые ЭДС во вторичных обмотках е₁ и е₂ одинаковы, а напряжение на выходе датчика u_вых = 0, т. к. обмотки w₂ и w₂́ включены встречно. При перемещении сердечника, например, вправо, ЭДС в правой обмотке е₁, будет больше, а в левой е₂ – меньше. На выходе датчика появляется напряжение u_вых = е₁- е₂.

Величина амплитуды напряжения говорит, следовательно, о величине перемещения Х, чем она больше, тем больше величина u_вых (рис. 8, г).

При смене направления перемещения сердечника фаза выходного сигнала меняется на 180º. Таким образом, величина амплитуды выходного сигнала u_вых характеризует величину перемещения, а фаза выходного сигнала – направление перемещения (рис. 8, г).

Тензодатчики

Для измерения таких физических величин как растяжение, сжатие, изгиб, кручение широкое применение находят проводниковые (проволочные, фольговые) и полупроводниковые (например, кремниевые) тензорезисторы. В основу принципа действия тензодатчиков положено явление тензоэффекта, заключающееся в том, что при изменении геометрических размеров тензорезисторов под воздействием измеряемых физических величин, изменяется их активное сопротивление.

Для изготовления проволочных тензодатчиков используют манганин, константан, обладающие значительными коэффициентами тензочувствительности.

С конструктивной точки зрения проводниковый тензодатчик представляет собой бумажную подложку, на которой специальным образом уложена и приклеена решетка из манганиновой проволоки (рис. 9).

Сверху решетка прикрыта защитным листом бумаги. Для включения в схемы к решетке (к началу и концу) привариваются выводы. Изготовленная таким образом конструкция тензодатчика приклеивается специальным клеем на деталь, в которой измеряется усилие сжатия, растяжения, кручения или изгиба.

Рис. 9. Конструкция проводникового тензодатчика:

А – ширина проволочного тензодатчика; L – база проволочного тензодатчика;

а – ширина решетки проволочного тензодатчика; 5 – чувствительная к деформации решетка, выполненная из константановой проволоки; 3 – решетка, приклеенная специальным клеем;

2 – бумажная подкладка; 4 – защитный листок;

6 – выводы

Тензодатчик должен быть наклеен на деталь в таком месте и таким образом, чтобы максимально воспринимать измеряемую величину.

В табл. 5 приведены возможные варианты наклейки тензодатчиков при измерении различных величин.

Таблица 5

Возможные варианты расположения и включения тензодатчиков

Вид измеряемого параметра

Схема расположения датчиков

Электрическая схема

Растяжение Сжатие

Дк

Р Р

Д р

Р Др Р

Дк

Др

Изгиб

Др Р

Дк

Дк

Др

Дк

Др

Др Р

Дк

Др

Окончание табл. 5

Вид измеряемого параметра

Схема расположения датчиков

Электрическая схема

Кручение

М М

Дк Др

Дк

Др

Др1 Др2

М М

Др4 Др

Др1 Др2

Др4 Др3

Учитывая принцип действия тензодатчиков, заметим, что они включаются в мостовые измерительные схемы (рис. 9).

На величину сопротивления тензодатчика, кроме измеряемой величины, существенно влияет температура окружающей среды.

Для исключения влияния температуры окружающей среды на результаты измерения (увеличивается погрешность измерения) тензодатчики всегда применяют по два в каждой точке измерения: один (рабочий тензодатчик) служит для измерения (восприятия) физической величины, второй (компенсационный) - для исключения влияния колебаний температуры на результаты.

Рис. 10. Возможный вариант схемы включения рабочего и компенсационного тензодатчика в схему моста

Компенсационный тензодатчик наклеивается в том же месте, что и рабочий, но так, чтобы не воспринимать измеряемое усилие. Рабочий и компенсационный тензодатчики включаются в смежные плечи мостовой измерительной схемы и, как следует из уравнения равновесия мостовой схемы (6), такое включение датчиков не приводит к появлению погрешности измерения, вызываемой колебаниями температуры окружающей среды.

Предположим, что приклеенный к консольной балке рабочий тензодатчик воспринимает некоторое усилие изгиба. В этом случае его сопротивление (R_др) изменяется и приводит к нарушению равновесия мостовой схемы

(R_д + R_л + R₁)R₃ = (R_дк + R_л + R_и)R₂. (6)

В измерительной диагонали ас появляется напряжение небаланса U_нб, которое поступает в один из каналов многоканального тензоусилителя.

Усиленный сигнал поступает в нагрузку R_наг, в качестве которой может быть, например, реле со световой или звуковой сигнализацией о недопустимом превышении измеряемого усилия изгиба в детали. В цепь нагрузки в лабораторных условиях включен измерительный прибор (ИП), шкала которого проградуирована в микроамперах мкА.

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на стенде 14.

1. Внимательно изучить устройство, принцип измерения и назначение измерительных преобразователей:

- термопар;

- термосопротивлений;

- электромагнитных;

- тензорезисторных.

2. Снять статическую характеристику дифференциально-трансформаторного датчика.

3. Снять статическую характеристику тензорезисторного датчика.

Для снятия статической характеристики дифференциально-трансформаторного датчика необходимо:

а) Взять дифференциально-трансформаторный датчик и подключить его первичную обмотку к клеммам 1 и 2, на которые подается питание ~ 24 В. Вторичную обмотку датчика подключить к клеммам 3 и 4, к этим же клеммам подключается лабораторный милливольтметр (В3-38).

Выходной сигнал дифференциально-трансформаторного датчика по амплитуде не превышает 1 В, поэтому необходимо на милливольтметре установить диапазон изменения входного сигнала 1 В.

б) Включить в сеть милливольтметр тумблером, расположенным на нем.

в) Включить вторичный прибор КСД-2, для этого тумблер с названием КСД-2 установить в верхнее положение. Прибор включается для того, чтобы на клеммы 1 и 2 подать питание ~ 24В.

г) Установить сердечник ДТД симметрично относительно обмоток, при этом выходное напряжение датчика должно быть равно нулю. Перемещая рычаг сердечника ДТД относительно установленного положения сначала в одну сторону, затем в другую, снимаем показания значений напряжения на вторичной обмотке датчика.

При этом показания снимаются при перемещении сердечника через каждый миллиметр с помощью милливольтметра. Один миллиметр равен одному обороту кругового микрометра, работающего в лабораторных условиях в комплекте с ДТД.

д) Полученные значения записываются в таблицу, на основании которой:

- построить графическое изображение статической характеристики дифференциально-трансформаторного датчика, определить по ней статический коэффициент передачи, сделать выводы о работе датчика и его свойствах.

Для снятия статической характеристики тензорезисторного датчика необходимо:

1) ознакомиться с установкой, включающей в себя консольную балку с наклеенными на нее тензодатчиками, тензоусилитель многоканальный и микроамперметр;

2) нагружать консольную балку грузами с известным значением их веса, записывая при каждом изменении веса показания микроамперметра;

3) построить графическое изображение статической характеристики тензорезистора (градуировочной характеристики тензодатчика);

4) сделать необходимые выводы о работе и свойствах тензодатчика.

В отчет включить:

- пояснения принципа действия каждого из изученных датчиков;

- экспериментальный материал по определению статических характеристик, построенные статические характеристики и необходимые выводы.

3.7. Контрольные вопросы

1.Что такое общепромышленные датчики?

2. В зависимости от чего термопара получает свое наименование? Какие типы термопары Вы знаете?

3. Назовите основные варианты конструктивного исполнения термопар.

4. Что представляет собой статическая характеристика термопары?

5. Каков принцип действия термопар?

6. Как конструктивно устроена термопара?

7. Какие современные типы термометров сопротивления выпускает промышленность?

8. Каков принцип действия термометра сопротивления?

9. Что представляет собой статическая характеристика термосопротивления?

10. Как конструктивно устроено термосопротивление?

11. Для измерения каких параметров предназначены электромагнитные датчики?

12. Как классифицируются электромагнитные датчики?

13. Что представляет собой с конструктивной точки зрения индуктивный датчик? Объясните его принцип действия.

14. Что представляет собой с конструктивной точки зрения взаимоиндуктивный датчик? Объясните его принцип действия.

15. Что представляет собой с конструктивной точки зрения магнитоупругий датчик? Объясните его принцип действия.

16. Что представляет собой с конструктивной точки зрения дифференциально-трансформаторный датчик? Объясните его принцип действия.

17. Какой параметр выходного сигнала датчика ДТД говорит о величине перемещения сердечника, а какой - о направлении перемещения?

18. Для измерения каких параметров можно применять тензодатчики?

19. Каков принцип действия тензодатчика?

20. Какова конструкция проволочного тензодатчика?

21. Назовите основные недостатки тензодатчиков и как их компенсируют?

22. С какими измерительными схемами работают тензодатчики?

23. Приведите примеры генераторных датчиков.

24. Приведите примеры параметрических датчиков.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒